Ich habe gefunden, dass Menschen mit Geist und Witz auch immer eine feine Zunge besitzen, jene aber mit stumpfem Gaumen beides entbehren.
Voltaire
Geschmack und Geruch sind chemische Sinne, wobei für den Geschmack von Speisen der Geruchssinn retronasal sehr wesentlich ist – bekanntlich leidet bei Schnupfen nicht nur die Geruchs- sondern auch die Geschmacksempfindung. Beide Sinnesinformationen (olfaktorisch, gustatorisch) werden dem limbischen System (Amygdala, Hypothalamus) zugeleitet. Der Geruchssinn steht im Dienst von Nahrungsbeurteilung, Orientierung, sozialer Kommunikation (sexuelle Stimulation, Territorial-Abgrenzung), und hat eine Warnfunktion (brenzliger Geruch bedeutet Gefahr). Der Mensch besitzt auf einer Gesamtfläche von 5 Quadratzentimetern Riechschleimhaut etwa 20 Millionen Geruchssinneszellen, wobei etwa 1000 Sinneszellen jeweils mit einem afferenten Neuron verbunden sind. Geruchssinneszellen sind übrigens wie Geschmackszellen sehr kurzlebig (etwa vier Wochen).
Der Geschmack ist ein sehr alter Sinn, denn in der Evolution besaßen schon primitive Fische Sensoren für chemische Signale ihrer Beute. Auf der menschlichen Zunge befinden sich zahlreiche Geschmackspapillen, die unterschiedlich verteilt sind. Auf ihnen sind die Geschmacksknospen angesiedelt, wobei nur einige der Zellen einer Geschmacksknospe die eigentlichen Geschmacksrezeptoren sind. Diese sind spezielle Empfangsstellen für Geschmacksstoffe, dank derer Menschen geschmacklich süß, sauer, salzig, bitter und umami wahrnehmen können. Wenn lösliche Stoffe die Geschmacksrezeptoren reizen, wird dadurch ein elektrischer Impuls an das Gehirn weitergeleitet, wobei entgegen früheren Annahmen jeder Bereich auf der Zunge alle Geschmacksrichtungen wahrnehmen kann, allerdings mit jeweils unterschiedlicher Sensibilität. Daher ist der Mythos der Zungenlandkarte, der sich lange und hartnäckig gehalten hat, mittlerweile widerlegt. Lange wurde in der Schule gelehrt, dass man ganz vorne auf unserer Zunge süß schmeckt, vorne an den Seiten salzig, hinten an den Seiten sauer und ganz hinten bitter. Der Irrglaube, dass es auf der Zunge diese speziellen Regionen für verschiedene Geschmacksrichtungen gibt, hatte sich aufgrund eines Fehlers bei einer Übersetzung eingeschlichen, wurde aber mittlerweile aufgeklärt: Eigene Geschmackszonen auf der Zunge gibt es nicht, denn die unterschiedlichen Geschmacksrichtungen nimmt man auf der gesamten Zunge wahr, da unsere Geschmacksrezeptoren für die verschiedenen Geschmäcker überall sitzen, nur eine Abstufung in der Intensität des Schmeckens konnte gezeigt werden, da die Geschmacksrezeptoren nicht überall auf der Zunge in gleicher Anzahl und Dichte vorhanden sind. So etwa besitzen Menschen in der Mitte der Zunge weniger Geschmacksrezeptoren. Hinzu kommt, dass sich Schmecken nicht auf die Sinneswahrnehmungen über die Geschmackspapillen im Mund sich, sondern Geschmack entsteht durch ein komplexes Zusammenspiel aller Sinneseindrücke, die mit der Nahrung verbunden sind: Sehen, Schmecken, Riechen, Fühlen und sogar Hören. Daher gibt es heute schon eigene Sounddesigner für Lebensmittel und manche Restaurants achten auf die passende Musikbegleitung zum Essen.
Menschen verwenden ihr Geschmackssystem, um zu entscheiden, ob sie ein potenzielles Lebensmittel konsumieren können oder ablehnen sollten, denn das ist überlebenswichtig, da sie Energie zum Leben brauchen, gleichzeitig aber auch potenziell toxische Nahrung vermeiden müssen. Geschmackszellen im Mund können demnach die Chemikalien in Lebensmitteln erkennen und eine Botschaft an das Gehirn senden, wobei die Signale der Geschmackszellen einen Code bilden, der dem Gehirn Informationen über die Art des potenziellen Nahrungsmittels übermittelt. Man ging bisher davon aus, dass die Geschmackszellen in erster Linie für jeden Geschmacksreiz selektiv sind und nur entweder bittere, süße, saure, salzige oder umami-Verbindungen erkennen. Dutta Banik et al. (2020) haben eine neue Gruppe von Geschmackszellen entdeckt, die mehrere Arten von Stimuli erkennen können, darunter auch Chemikalien mit unterschiedlichen Geschmacksqualitäten. Dieser entdeckte Zelltyp ist eine Art Multitasker, der fast er auf alle Geschmacksreize reagiert, wobei die Rezeptoren in den Zellen zwei verschiedene Signalwege benutzen, um das Gehirn über bis zu vier Geschmacksrichtungen zu informieren. Man baute dabei auf frühere Forschungsergebnisse auf, denn in Untersuchungen von Geschmacksknospen, in denen sich etwa einhundert Geschmacksrezeptorzellen befinden, konnte gezeigt werden, dass es Zellen geben muss, die nicht auf eine einzige Geschmacksrichtung spezialisiert sind. Man arbeitete dabei mit transgenen Mäusen, deren Rezeptoren vermutlich denen des Menschen entsprechen, wobei bei den Tieren jenes Protein ausgeschaltet wurde, dass bei den anderen Geschmackszellen und deren Signalwegen eine Schlüsselrolle spielt. So konnten man sehen, dass weitere Zellen bzw. andere Signalwege bei Geschmacksreizen aktiv wurden. Geschmackszellen können demnach entweder selektiv oder ganz allgemein auf Stimuli reagieren, was den Zellen im Gehirn, die Geschmacksinformationen verarbeiten, ähnlich ist. Das Vorhandensein dieser breit reagierenden Geschmackszellen bietet daher neue Einblicke in die Art und Weise, wie Geschmacksinformationen zur Verarbeitung an das Gehirn weitergeleitet werden.
Wie aus den Signalen dieser Rezeptoren die feinen Nuancen eines charakteristischen Aromas im Kopf entstehen, hängt nach jüngsten Forschungen auch mit denen Genen (siehe unten!) zusammen, denn diese haben auch auf Geschmacks- und Geruchssinn Einfluss. Wie neuere Forschungen zeigen, ist auch die Sensibilität bei der Wahrnehmung von Geschmacksreizen genetisch bedingt und individuell sehr unterschiedlich. Einer der Faktoren ist die Anzahl der sich auf der Zunge befindlichen Geschmackszellen, wobei manche Menschen bis zu 425 Geschmacksknospen pro Quadratzentimeter besitzen. Menschen mit sehr vielen Geschmacksknospen nehmen Geschmacksreize wesentlich intensiver wahr als andere, vor allem Bitterstoffe aber auch geschmackliche Schärfe, wobei der Geschmackssinn die Auswahl von Nahrungsmitteln und damit das Ernährungsverhalten beeinflusst. In der Natur gibt es tausende unterschiedliche Bitterstoffe, die von den Menschen je nach genetischer Grundlage erschmeckt bzw. mehr oder weniger intensiv wahrgenommen werden können. Das Genom bestimmt demnach die Beschaffenheit der Rezeptoren auf der Zunge, wobei ein bestimmter Bitterstoff, der nicht zur Form des Rezeptors auf der Zunge passt, gar nicht wahrgenommen werden kann. Insgesamt sind an die fünfzig Gene für den Geschmack verantwortlich, wobei diese Gene von der Natur mehr oder minder willkürlich aktiviert oder inaktiviert werden, sodass die Anzahl möglicher Kombinationen Legion ist. Diese Kombination aktiver Gene ist für die Bildung bestimmter Rezeptoren in der Nase zuständig und bei jedem Menschen individuell verschieden, sodass jeder Mensch Geschmack und Geruch anders wahrnimmt. So nehmen Afrikaner und Europäer Bitteres recht unterschiedlich wahr, denn in manchen Teilen Afrikas müssen seit jeher die Menschen während der Dürrezeiten auch bittere Pflanzen essen, wobei ein empfindlicher Rezeptor für Bitteres dabei stören würde. Auch die Vorliebe für Fette ist vermutlich in den Genen verankert, wie man bei Mäusen feststellte, denn diese hatten in einem Versuch die Wahl zwischen kohlenhydratreicher Kost wie Haferflocken und purem Fett, wobei manche Stämme nach einiger Zeit nur noch das Fett bevorzugten. Bitterrezeptoren warnen die Immunabwehr vor Eindringlingen, wobei bitterer Geschmack offenbar ein Signal dafür ist, das die Immunabwehr gegen diese Eindringling zu mobilisieren. Menschen, bei denen diese Rezeptoren genetisch defekt sind, könnten demnach möglicherweise leichter eine Erkältung bekommen als andere.
Übrigens: Menschen haben mehr als fünfundzwanzig verschiedene Arten von Bitterrezeptoren auf der Zunge, die der Geschmackswahrnehmung dienen, wobei sich Befunde mehren, dass auch Zellen anderer Organe über solche Rezeptoren verfügen. So sind bestimmte Bitterrezeptoren in Magenzellen an der Regulation der Magensäuresekretion beteiligt oder spielen in Darmzellen und Zellen der Atemwege eine Rolle für die Freisetzung antimikrobieller Stoffe. Man vermutet daher, dass Bitterrezeptoren über physiologische Funktionen verfügen, die dazu genutzt werden könnten, Krankheiten vorzubeugen oder zu behandeln, was auch für Krebserkrankungen gilt, da Bitterrezeptoren auch in Krebszellen vorhanden und funktionell aktiv sind. Nach einer Metaanalyse von Zehentner et al. (2021) produzieren Krebszellen weniger Bitterrezeptoren, doch wenn man ihre Herstellung jedoch künstlich anregt oder Bitterrezeptoren gezielt aktiviert, könnte man die zellulären Mechanismen stimulieren, die krebshemmend wirken. Dadurch könnte die Teilung und Wanderung von Krebszellen verringert werden und diese zur Apoptose gebracht werden.
Der Geruchssinn
Es gibt in der Nase etwa dreihundertfünfzig verschiedene Arten Riechzellen, die darauf spezialisiert sind, einen bestimmten Duft zu erkennen, etwa Vanillin oder Muscon, dem Hauptbestandteil von Moschus, wobei es von jedem dieser Zelltypen es in der Nase rund fünfzigtausend Exemplare gibt. Alle Riechzellen besitzen auf ihrer Oberfläche Rezeptoren, die nach dem Schlüsselschloss-Prinzip Duftmoleküle binden, wobei gemäß dieser Spezialisierung jeder Zelltyp nur eine Art von Schloss besitzt, in das Schlüssel mit einer bestimmten chemischen Struktur passen und damit ähnlich riechen. Dockt ein Duftmolekül an einem Rezeptor an, schickt die zugehörige Nervenzelle über ihren Fortsatz elektrische Strompulse ohne Umwege ins das Riechhirn zu den Glomeruli olfactorii (Riechkugeln). Bei den Riechkugeln handelt es sich um ellipsenförmige Nervengeflechte, die jeweils mit den Riechzellen eines bestimmten Typs verknüpft sind. Erhält etwa eine Vanillin-Riechkugel elektrische Signale, erkennt man daran den Vanilleduft.
Allerdings sind reine Gerüche in der Regel eher selten, sondern in den allermeisten Fällen muss das Gehirn eine Kombination aus zahlreichen unterschiedlichen Duftmolekülen verarbeiten, wobei etwa Kaffeegeruch mehr als einhundert unterschiedliche Komponenten enthält, sodass viele Riechkugeln gleichzeitig aktiviert werden. Solches komplexen Duftmuster sind im Hippocampus abgespeichert, mit denen dann die eintreffenden Informationen verglichen werden. Parallel dazu erreicht die Information aber auch das limbische System, wo das Gehirn die Duftmuster automatisch mit den jeweiligen Gefühlen verknüpft, die mit den Dürften gelernt wurden. Der rechte vordere Hippocampus ist dann besonders aktiv, wenn eine Erinnerung an Objekte auftaucht, die mit Gerüchen in Verbindung steht (Bäckerei, Schule, Kaffeehaus, Italiener), denn dieser Bereich des Gehirns ist sehr wichtig, wenn es darum geht neue Erinnerungen abzuspeichern. Der Riechkolben hat dabei eine direkte Verbindung zu Hippocampus und zur Amygdala, die mit Erinnerungen und Gefühlen zusammenhängen, die einen Teil des limbischen Systems bilden, jenem Areal, in dem das emotionale Gehirn mit Gefühlen und Erinnerungen daran liegt. Sinne wie Sehen, Hören und Fühlen laufen nicht durch diese Areale des Gehirns, was ein Grund dafür zu sein scheint, dass Riechen im Vergleich zu anderen Sinnen so stark Erinnerungen und damit verbundene Gefühle hervorbringen kann.
Mit Hilfe eines neuromorphen selbstlernenden Chips sollen in Zukunft Rechner Gerüche wahrnehmen können, indem dieser die Struktur und elektrischen Aktivitäten eines menschlichen Gehirns nachahmt, um so unterschiedliche Gerüche zu erlernen und gefährliche Stoffe am Duft zu erkennen. Mit Hilfe von 72 chemischen Sensoren, die unterschiedliche Charakteristika aufzeichnen, trainierte man den Algorithmus auf zehn unterschiedliche Gerüche, sodass der Testchip schließlich in der Lage war, mit weit weniger Trainingsproben als bisherige Chips genau zwischen ihnen zu unterscheiden. Neuromorphe Chips versuchen daher, die Struktur des Gehirns so weit wie möglich zu erhalten, um durch diese enge Nachahmung die Lerneffizienz der Chips zu verbessern (Imam & Cleland, 2020).
Angeboren oder gelernt?
Geruchs- und Geschmackssinn sind von Geburt an gut ausgebildet, denn zu keinem Zeitpunkt in der Entwicklung befinden sich mehr Geschmacksrezeptoren im Mund- und Rachenraum als kurz nach der Geburt. Gleichzeitig dokumentieren Verhaltensstudien, dass Neugeborene das eigene Fruchtwasser lieber riechen als fremdes und dass sie schon nach wenigen Tagen eine ausgeprägte Vorliebe für den Schweiß- und Milchgeruch der eigenen Mutter im Vergleich zum Geruch einer anderen Frau haben. Solche Präferenzen setzen ein hohes Maß an Differenzierung in der Wahrnehmung voraus. Da aber alle Arten von Wahrnehmung inklusive der akustischen durch Erfahrung mit geprägt werden, erfolgt die endgültige Verarbeitung und Einordnung von Sinneseindrücken auf kortikaler Ebene und der gustatorische Cortex ist innerhalb der ersten drei Lebensmonate noch nicht voll ausgereift. Wie Menschen einen Duft bewerten, dafür sind in erster Linie Kontext und Situation verantwortlich. Schon bei der ersten Wahrnehmung eines bestimmten Geruches entwickeln Menschen oft abhängig von der Stimmung, eine Abneigung oder Vorliebe dafür. Auch beeinflusst die Erziehung maßgeblich die Einschätzung von Gerüchen, denn früher war etwa der Geruch von Schweiß nicht so negativ besetzt wie heute, denn jetzt wird bereits kleinen Kindern beigebracht, dass ihr Eigengeruch unangenehm ist. Solche Erfahrungen steuern daher maßgeblich, ob man einen Duft mag oder nicht, wobei die genetische Veranlagung darauf wenig bis keinen Einfluss hat. Eine wichtige Rolle spielt auch die Konzentration eines Duftstoffs, der dafür verantwortlich ist, ob ein Geruch als angenehm oder unangenehm empfunden wird, wobei das so weit gehen kann, dass ein Geruch als Schmerz empfunden wird, indem der Nervus Trigeminus als Warn -und Schmerznerv aktiviert wird.
Auch das individuelle Geschmackserleben entsteht erst im Lauf des Lebens, denn wie man einen Geschmack wahrnimmt, ist nur teilweise genetisch bedingt. Vorlieben und Ablehnung bestimmter Speisen sind weitgehend erlernt, wobei das bereits im Mutterleib beginnt, denn was die Mutter isst, hat Einfluss auf den Geschmack des Fruchtwassers, das das Baby trink. Dadurch wird der Fötus so auf die Umwelt vorbereitet, in die er hineingeboren wird, und auch die Muttermilch prägt ein Kind, wodurch diese auch jeden Tag anders schmeckt, etwa im Gegensatz zu Säuglingsanfangsnahrung. Geschmackserinnerungen werden im limbischen System gespeichert, also in jenem Areal im Gehirn, das auch für Emotionen zuständig ist, d. h., isst ein Mensch etwas, so wird das immer zusammen mit dem Ambiente, dem Kontext, und dem dazugehörigen Gefühl gespeichert. Dadurch entsteht ein Erregungsmuster, das beim erneuten Essen immer wieder als Ganzes aktualisiert wird. Je intensiver eine solche Erinnerung ist, desto stärker ist die Verknüpfung mit diesem Muster. Bis in die 1970er-Jahre wurde der industriellen Babynahrung häufig Vanille zugesetzt, d. h., ganze Generationen sind auf den Vanillegeschmack geprägt worden, sodass es Menschen Speisen mit diesem Geschmack vor allem deshalb mögen, weil es als frühkindliche Erfahrung gespeichert ist und mit Mutterwärme und Geborgenheit einherging. Studien haben übrigens gezeigt, dass ein Kind ein auf Grund frühkindlicher Prägung abgelehntes Lebensmittel mehr als zehnmal probieren muss, bis es dieses überhaupt akzeptieren kann.
Erforschung des Geschmacks- und des Geruchssinns
Der Geschmackssinn ist übrigens der bisher am wenigsten erforschte Sinn in Mensch und Tier, was vor allem an den technischen Herausforderungen liegt, die Geschmacksforscher dabei überwinden müssen, wobei Untersuchungen des Geschmacksinns im Vergleich zu den anderen Sinnen zeitaufwendiger sind und spezielle Apparaturen erfordern. Erst jüngst ist es gelungen, anhand von neuronalen Aktivitätsmustern des menschlichen Gehirns vorherzusagen, ob ein Mensch etwas Süßes, Salziges, Saures, Bitteres oder Umami schmeckt. Dabei entdeckte man, dass über die Zunge wahrgenommene Geschmackssignale sehr viel schneller das Gehirn erreichen als ursprünglich angenommen, und zählen somit zu den ersten neuronalen Informationen, die zum Gesamtgeschmackseindruck beitragen (Crouzet et al., 2015).
Forscher in China und den USA untersuchten jüngst Varianten von Rezeptoren für Gerüche, darunter Moschus und das Odeur von Achselhöhlen, und fanden einen eindeutigen Trend: Je älter, evolutionär gesehen, eine Variante ist, umso intensiver ist die Geruchsempfindung, die sie vermittelt. Früher wurde das Riechen oft als niederer Sinn bezeichnet, im Gegensatz zu den höheren Sinnen Sehen und Hören, dennoch ist er wichtig, und sein Verlust, die Anosmie, kann Menschen schwer beeinträchtigen. Der Mensch hat etwa 400 Gene für den Geruchssinn bzw. die Geruchsrezeptoren, während der Hund 1200 besitzt. Allerdings haben Menschen für Geruchsrezeptoren ungefähr genauso viele nicht mehr funktionierende Gene, sogenannte Pseudogene. Das spricht für die sinkende Bedeutung des Geruchssinns, denn wenn der – durch zufällige Mutation entstandene Ausfall eines Gens keinen Nachteil bringt, dann kann sich die nicht funktionierende Version in der Bevölkerung halten. Auf ähnliche Weise haben Maulwürfe ihren Sehsinn eingebüßt, denn unter der Erde war dieser nicht wichtig. Also brachten Mutationen, die ihn schwächten, keinen Nachteil und konnten sich also etablieren. Ein Geruch, den bereits ein Viertel der Menschen schon verloren hat, ist jener eines Moleküls namens Trans-3-Methy1-2-Flexensäure. Von Fettsäuren weiß man, dass sie ziemlich stinken können (Buttersäure) und etliche leiten ihren Trivialnamen von der Ziege ab, und auch der Geruch dieses Moleküls in hoher Konzentration wird als ziegenartig beschrieben. In kleineren Konzentrationen prägt es den Geruch menschlicher Achselhöhlen, und überhaupt den Körpergeruch, der ja auch das Verhalten prägt, etwa die Partnersuche. Erstaunlicherweise war der Rezeptor für dieses Molekül bisher unbekannt. In einer breit angelegten Studie über Geruchsrezeptoren fand man nun heraus, dass Variationen im zugehörigen Gen einen Einfluss darauf haben, wie stark ein Mensch diesen Geruch wahrnimmt bzw. ob er ihn überhaupt wahrnimmt. Etwa bei einem Viertel der Menschen ist das Gen nicht mehr intakt, was zwar nicht bedeutet, dass sie den Körpergeruch anderer Menschen überhaupt nicht wahrnehmen, aber dieses Molekül ist nur die Hauptkomponente, und es gibt an die 250 andere Moleküle, die diesen ausmachen. Diese Menschen nehmen ihn zumindest anders und wohl auch schwächer wahr. Ein zweiter Rezeptor, den die Forscher entdeckten, spricht auf Galaxolid an, eine der vielen, chemisch recht komplizierten Moleküle, die nach Moschus riechen. Was nicht heißt, dass alle diese Moleküle am selben Rezeptor oder wenigstens derselben Klasse von Rezeptoren angreifen. Doch auch vom Galaxolid-Rezeptor bzw. dem Gen, nach dessen Anleitung er gebaut wird, fand man mehrere Varianten. So wie für viele andere, schon länger bekannte Geruchsrezeptoren, etwa für Androstenon, ein Abbauprodukt des Sexualhormons Testosteron, das den typisch männlichen Geruch mitbestimmt. Auch bei Tieren wie etwa Schweinen, wo es das weibliche Sexualverhalten recht direkt steuert. Man kann nun das evolutionäre Alter solcher Varianten ergründen, und es zeigte sich, wer eine alte Variante eines Rezeptors hat, also eine solche, die schon bei entfernten Urahnen vorkommt, riecht den entsprechenden Stoff stärker, als jemand, der eine jüngere Variante hat, die erst später durch Mutation entstanden ist. Das stützt die These, dass das Repertoire an Geruchsrezeptoren des Menschen im Lauf der Zeit verkümmert ist, was auch für andere Primaten (Schimpansen, Gorillas, Makaken) im Gegensatz zum großen Rest der Säugetiere gilt (Kramar, 2022).
Die Aktivität der Amygdala soll daher durch das Trinken sauerer bzw. süßer Getränke beeinflussbar sein, denn in einer englischen Studie servierte man Probanden jeweils Trinklösungen mit unterschiedlichem Geschmack und ließ sie anschließend am Computer einen Luftballon aufpumpen. Das Volumen des Ballons nahm mit jeden Mausklick zu, bis er platzte, es sei denn, der Proband beendete vorher das Aufpumpen. Es zeigte sich, dass Probanden, die vorher ein saures Getränk zu sich genommen hatten, bei dem Computerspiel mehr riskierten, doch jene, die ein Getränk mit Süßem oder Umami verkostet hatten, beendeten schon sehr früh das Pumpen und riskierten daher am wenigsten. Man schließt daraus, dass ein systematisches Sauerreiz-Training bei der Therapie von Ängsten und Depressionen helfen könnte (Vi & Obrist, 2018).
Byrnes & Hayes (2016) haben untersucht, inwieweit die Vorliebe für scharfes Essen mit bestimmten Persönlichkeitsmerkmalen zusammenhängt. Es zeigte sich, dass Menschen mit einer Vorliebe für Scharfest sich gerne in riskante Situationen begeben, also Sensationssucher sind, denn sie mögen insgesamt den Thrill bzw. das kribbelnde Erlebnis jenseits der Komfortzone. Dennoch streben solche Menschen auch nach einem positiven Feedback anderer Menschen, sodass sie ihre riskanten Aktionen auch deshalb unternehmen, um Anerkennung zu bekommen. Menschen mit einem hohen Maß an Verträglichkeit bzw. Menschen, die nach Harmonie streben, bevorzugen eher süßes Essen als Menschen mit einem niedrigen Maß an Verträglichkeit. Dabei muss man einschränken, dass der Frauenanteil unter diesen überwiegt, sodass der eigentliche Grund für die soziale Verträglichkeit eher darin liegt, dass es sich dabei vorwiegend um Frauen handelt, von denen naturgemäß Hilfsbereitschaft und Mitgefühl erwartet wird. Hingegen hat man in einem Geschmackstest (Sagioglou & Greitemeyer, 2019) an etwa tausend Männern und Frauen herausgefunden, je stärker deren Vorliebe für bittere Lebensmittel, umso mehr Merkmale eines böswilligen Verhaltens zeigten sie. Vor allem Sadismus und Psychopathie sind bei den Liebhabern des Bitteren überdurchschnittlich häufig zu finden, denn Menschen mit diesen Merkmalen benötigen extreme Reize, um überhaupt etwas zu spüren, wobei das Bittere für sie wohl einen solchen Reiz darstellt. Bekanntlich schmecken viele Gifte bitter, sodass die Reizung der Bitterrezeptoren auf der Zunge im Gehirn für Erregung sorgt.
Übrigens bestimmt die Größe des Gehirns des Menschen vermutlich auch, wie bitter er den Geschmack von Tonic Water empfindet. Offenbar gibt es eine Beziehung von Gehirngröße und Geschmackswahrnehmung, d. h., die Gehirngröße beeinflusst, wie Menschen Essen und Trinken wahrnehmen. Untersuchungen haben gezeigt, dass die linke Seite des entorhinalen Cortex, also jener Bereich des Gehirns, der für Gedächtnis, Geruch und visuelle Wahrnehmung verantwortlich ist, bei Menschen, die Chinin als weniger bitter empfanden, größer ist (Hwang et al., 2019).
Menschen erleben übrigens auch die Vielfalt des Geschmacks von Wasser als sehr groß und variabel. Zocchi et al. (2017) haben nun nachgewiesen, dass Menschen neben den klassischen fünf Geschmackssinnen (süß, salzig, sauer, bitter und umami) auch auch auf Wasser reagieren, d. h., auf der Zunge ein Gespür für Wasser besitzen. Nach dieser Studie können die Geschmacksknospen für sauer ganz gezielt auch Wasser identifizieren, da bei der Reaktion von Wasser und Kohlendioxid mithilfe eines Enzyms Protonen freigesetzt werden, wodurch die Geschmackssensoren für sauer darauf reagieren. Dieses Enzym wird dadurch aktiviert, dass beim Trinken von Wasser der Speichel weggespült wird. Wasser hat je nach Herkunft auch einen unterschiedlichen Geschmack, denn im Wasser sind oft noch verschiedene Mineralsalze und Spurenelemente gelöst, die man ebenfalls wahrnehmen kann, vor allem in Kombination mit anderen Geschmacksrezeptoren der Zunge.
Mathis et al. (2016) haben sich mit der Frage befasst, wie Menschen einzelne Düfte erkennen bzw. wie gut sie einen Geruch in einem Gemisch erkennen können. Es geht dabei um die Repräsentation des sinnlich Wahrgenommenem im Gehirn, also wie die Wiedergabe oder Verschlüsselung sinnlicher Eindrücke in neuronalen Strukturen eine Entsprechung in der Realität besitzen. Wenn jeder der unzähligen Duftstoffe, denen man im Alltag begegnet, eine direkte Repräsentation im Gehirn hätte, dann könnte man einzelne Gerüche auch in komplizierten, zuvor noch nicht wahrgenommenen Geruchsmixturen erkennen. Tatsächlich aber wird es umso schwieriger, einen Geruchsstoff zu identifizieren, je mehr Gerüche gleichzeitig vorhanden sind, ganz ähnlich, wie es ein Problem ist, auf einer lauten Party einem Gespräch zu folgen. Der Riechkolben, in dem die Riechwahrnehmung im Gehirn beginnt, kann eine solche Aufgabe nicht perfekt erfüllen, woraus eben folgt, dass die zur Verfügung stehenden Rezeptoren zur Geruchserkennung nicht auf einer Eins-zu-eins-Basis verwendet werden, vielmehr sind die Glomeruli, also die Strukturen in der Oberfläche des Riechkolbens, wo die Informationen aus der Nase zuerst ankommen, an der Erkennung einer Vielzahl von Gerüchen beteiligt.
Was Tiere riechen
Im Gegensatz zum Menschen verlassen sich Mäuse vor allem auf ihren Geruchssinn, der unter anderem ihr Sozialverhalten beeinflusst, zum Beispiel bei der Reviermarkierung und dem sozialen Status. Bei Mäusen ist übrigens ein Drittel des Gehirns für die Geruchsverarbeitung zuständig. Es ist jedoch noch unklar, wie Gerüche in der Nase erkannt und dann verarbeitet werden, um eine Reaktion auszulösen. Natürliche Düfte, die sich durch den Wind ständig verändern und so raum-zeitlich komplexe Duftfahnen bilden, können von Säugetieren wie Mäusen als räumliche Information, die in der zeitlichen Struktur der Düfte enthalten ist, wiedergegeben werden, da dies für ihr Verhalten von großer Bedeutung ist. So spielt die Lokalisierung eine wichtige Rolle bei der Nahrungssuche, aber auch bei der Flucht vor Gefahren. Derzeit versucht man, die entsprechenden Mechanismen auf der Ebene von Zellen bzw. Zellnetzwerken im Mausmodell zu untersuchen und erhofft sich Hinweise darauf, wie die Duftdynamik zu entsprechendem Verhalten führt (Stangl, 2019).
Um den Mechanismus aufzudecken, warum Menschen trotzdem viele einzelne Duftkomponenten erkennen können, hat man einer Reihe von Verhaltensexperimenten mit Mäusen durchgeführt, in dem die Mäuse jeweils die Existenz eines von zwei Gerüchen in einem Gemisch mit bis zu 14 weiteren Duftstoffen feststellen sollten. Bei theoretisch über 50000 möglichen Gemischen konnten die Nager nach etwa tausend Trainingsdurchläufen in mehr als 90 Prozent der Experimente einen der beiden erlernten Düfte richtig identifizieren. War der erlernte Duft nur mit wenigen anderen Komponenten vermischt und wiederholten sich die Mixturen nicht, dann lag die Quote bei fast 100 Prozent, erst bei komplexen Geruchsmixturen oder wenn Teile der Zusammensetzung wiederholt und nur leicht variiert wurden, versagten die Mäuse häufiger.
Ines Hinterkörner schrieb am 15. November 2019 in den Salzburger Nachrichten zum Thema Duft: „Duft berührt und verführt. Es scheint, als hätte Duft eine geheimnisvolle Macht. Hat er auch. Aber das hat wenig mit Magie zu tun, sondern mit Biologie. Duft geht direkt ins Gehirn. Sein Weg führt von der Quelle eines Duftes zu dem Ort, wo Riechinformationen gebündelt und ins limbische System geleitet werden. Hier entstehen Gefühle und Erinnerungen. Duft ist so alt wie die Menschheit selbst. Ursprünglich hatte er nur einen Zweck, nämlich die Götter gnädig zu stimmen. Das ist heute nicht viel anders. Heute sind Konsumenten eine neue Art von Göttern, die bei Laune gehalten, die gnädig gestimmt werden müssen. Das Verbrennen von Kräutern, Rinden und Blüten reicht dafür allerdings nicht mehr aus. Denn die neuen Götter haben unterschiedlichste Vorlieben, die rasch wechseln können, weil sie vom Zeitgeist abhängig sind. Sie betrachten Duft als Accessoire – und jeder weiß, wie launisch die Mode ist – zur Betonung ihrer persönlichen Note. Zeitgeist & Lifestyle geben den Ton an Zeitgeist, Lifestyle und Mode sind moderne Komponenten eines Duftes, Emotion, Erinnerung und Sinnlichkeit eher archaische. Gemeinsam bilden sie die Ingredienzien, aus denen moderne Düfte in ihrer mittlerweile verwirrenden Vielfalt komponiert sind. Verwirrend deshalb, weil ihre Zahl in die Hunderte, manche sprechen von Tausenden, geht. Pro Jahr. Der Grund: Jeder, ob Couturehaus oder Kleiderkette, ob Edeljuwelier oder Sportartikelhersteller, wirklich jeder, der Duft machen will und es tut, will ein Stück vom großen Kuchen, der das Duftgeschäft in den letzten Jahren geworden ist, haben. Allein für heuer wird das Marktvolumen auf 41 Mrd. US-Dollar geschätzt – die neuen Götter haben nicht nur unterschiedlichste Ansprüche, sie haben auch Geld. So ist Duft zu einem Business geworden, das sich in erster Linie rechnen muss. Entwicklung und globale Vermarktung kosten viel Geld. Mit wenigen Ausnahmen ist jede Neuheit, die heute in die Parfümerien kommt, perfekt justiert auf den Zeitgeist, den Lifestyle und die avisierte Zielgruppe, neuerdings zum Großteil junge Frauen mit Affinität zu Social Media. Anzunehmen, die Vielfalt würde nur produziert, um uns glücklich zu machen, wäre ein wenig naiv. Oder perfektes Marketing.“
Die Übertragung dieser Daten in ein lernfähiges Computerprogramm und die Gegenüberstellung der Leistungen verschiedener Algorithmen mit den Leistungen der Mäuse zeigte, dass ein einfaches lineares Verfahren basierend auf den Glomeruli ähnlich leistungsfähig ist wie das Mäusegehirn. Damit dieser Algorithmus funktioniert, muss dieses Programm ähnlich wie die Mäuse trainiert werden, wobei die Art des Trainings, wie die Aktivitäten der Glomeruli ausgelesen werden, die Leistung beeinflusst. Wenn nämlich der Algorithmus nur mit einzelnen Gerüchen trainiert wird, macht er mehr Fehler bei der Geruchserkennung in Mischungen, was offensichtlich an der unspezifischen Codierung in den Glomeruli liegt. Würde das Lernen im Gehirn aber nicht auf Glomeruli, sondern vielmehr auf einer Repräsentation der einzelnen Geruchskomponenten im Gehirn beruhen, so sollte die Verallgemeinerung des Lernens von einzelnen Gerüchen auf Mischungen einfach sein. Diese Hypothese wurde dann bei Mäusen getestet, und tatsächlich hatten die Mäuse Schwierigkeiten, einzelne Gerüche unter mehr als vier anderen zu erkennen, so wie es durch das Verhalten des Algorithmus vorhergesagt worden war. Daher ist es wahrscheinlich, dass das Gehirn eine Geruchsmixtur wohl nicht in ihre Geruchskomponenten zerlegt, sondern vor allem der Gesamteindruck entscheidet, während die Zerlegung in Einzelgerüche erst mit viel Erfahrung gelernt werden kann, wie es etwa Parfümeure oder Sommeliers beherrrschen.
Während der Trächtigkeit entwickeln sich nach einer neueren Studie im Gehirn von Mäusen Neuronen im Riechkolben, denen es zu verdanken ist, dass die Mütter die eigenen Jungen am Geruch erkennen. Einige Wochen nach der Geburt verschwinden diese zusätzlichen Neuronen aber wieder. Man vermutet nun, dass im Gehirn des Menschen ähnliche Prozesse ablaufen, da einige Frauen während der Schwangerschaft über Veränderungen des Geruchssinns berichten. Auch hier könnte die Schwangerschaft Stammzellen aus ihrem Schlafzustand wecken (Chaker et al., 2023).
Synaptische Plastizität durch Geruchssinn beeinflusst
Der Hippocampus speichert bekanntlich komplexe Erinnerungen auf der Basis von Sinnesreizen, wobei Grundlage dieser Prozesse die Fähigkeit des Gehirns darstellt, die Leistungsfähigkeit der Signalübertragung zwischen den Synapsen zu erhöhen und dadurch Gedächtnisinhalte zu speichern (synaptische Plastizität). Der Hippocampus nutzt dabei olfaktorische Informationen, um sensorische Erfahrungen durch synaptische Plastizität zu kodieren, d. h., die Geruchsexposition beim Lernen beeinflusst den Aufbau und den Abruf von Erinnerungen. Strauch & Manahan-Vaughan (2019) haben nun bei Ratten untersucht, inwieweit sich das auf die Informationsverarbeitung und -speicherung im Hippocampus auswirkt. Dazu stimulierten sie den piriformen Cortex mit elektrischen Impulsen, der direkt darauf reagierte. Manahan-Vaughan & Strauch konnten damit erstmals zeigen, dass Stimulation im anterioren piriformen Cortex zu synaptischer Plastizität im Hippocampus führt. Danach untersuchten sie, inwieweit der piriforme Cortex mit dem entorhinalen Cortex um die synaptische Plastizität im Hippocampus konkurriert. Diese Struktur sendet Informationen über die Aktivität in allen sensorischen Modalitäten an den Hippocampus. Die Aktivierung des afferenten, also zum Hippocampus führenden Weges dieser Struktur, der sogenannte Tractus perforans, löste im Hippocampus völlig andere Reaktionsmuster aus als jene, die durch den piriformen Cortex erzeugt wurden. Die Studie liefert daher eine theoretische Grundlage dafür zu verstehen, wieso der Geruchssinn eine so besondere Rolle bei der Bildung und dem Abruf von Erinnerungen spielt.
Nach Ansicht von Tim Spector (King’s College London) ist das, was Menschen gerne essen, weitgehend genetisch bestimmt. Bisher ist man davon ausgegangen, dass vor allem die Erziehung und das soziale Umfeld bedingen, was Menschen gerne essen, doch hat nach Zwillingsstudien die Ernährungsweise mehr mit den Genen als mit der persönlichen Entscheidung zu tun. Man hatte dabei die Essgewohnheiten von über dreitausend eineiigen und zweieiigen weiblichen Zwillingen untersucht.
Literatur
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Crouzet, S. M., Busch, N. A. & Ohla, K. (2015). Taste quality decoding parallels taste sensations. Curr Biol, 25, 890-896.
Dutta Banik, Debarghya, Benfey, Eric D., Martin, Laura E., Kay, Kristen E., Loney, Gregory C., Nelson, Amy R., Ahart, Zachary C., Kemp, Barrett T., Kemp, Bailey R., Torregrossa, Ann-Marie & Medler, Kathryn F. (2020). A subset of broadly responsive Type III taste cells contribute to the detection of bitter, sweet and umami stimuli. PLOS Genetics, 16, doi:10.1371/journal.pgen.1008925.
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